MXPA06000822A - Aleacion resistente para intercambiadores de calor - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a una aleación de aluminio endurecible por frío para intercambiadores de calor, un método para la producción de una tira y hoja de aluminio endurecible por frío y una tira y hoja de aluminio. De acuerdo con la invención, se puede proveer una aleación de aluminio endurecible por frío para intercambiadores de calor la cual permite una aplicación económica de soldadura fuerte de gas inerte para la producción de intercambiadores de calor y con alta resistencia después de un envejecimiento natural después de la soldadura, por lo cual la aleación de aluminio tiene los siguientes componentes de aleación en%en peso:Si=0.7%, 0.1%=Mg=1%, Fe=0.3%, 0.08%=Cu=0.2%, Ti=0.2%, Mn=0.1%, Cr=0.1%, Zn=0.1%, impurezas inevitables individualmente máximo de 0.1%en total máximo de 0.15%y aluminio como el remanente.

Description

ALEACIÓN RESISTENTE PARA INTERCAMBIADORES DE CALOR DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a una aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor, un método para producir una tira de aluminio endurecible por envejecimiento fría y una tira u hoja de aluminio . Los intercambiadores de calor gue consisten de aluminio o aleaciones de aluminio están siendo utilizados incrementadámente en el campo automotriz. En este caso, el uso de aluminio en lugar de intercambiadores de calor de •metal no ferroso comúnmente utilizados, previamente, tienen casi la mitad del peso de los intercambiadores de calor con tamaño y rendimiento comparable . Los intercambiadores de calor de aluminio o una aleación de aluminio actualmente se utilizan en automóviles principalmente para enfriar el agua de enfriamiento, aceite y en sistemas de aire acondicionado. Los intercambiadores de calor para automóviles usualmente se hacen de tiras u hojas de aluminio, los componentes prefabricados individuales del intercambiador de calor tales como aletas, tubos y distribuidores por ejemplo, gue se unen conjuntamente por soldadura fuerte. Son considerables las cargas gue actúan en el uso práctico en componentes así fabricados e incorporadas en vehículos como un resultado de Ref. 169517 vibraciones intermitentes, vibraciones más sostenidas, ataque por corrosión y similares. Esto particularmente se aplica a las aletas vía las cuales se remueve el calor. A pesar de las cargas considerables y el incremento de presiones de operación de los intercambiadores de calor en automóviles, continúa siendo una tendencia hacia ahorrar peso en automóviles y por lo tanto hacia una reducción adicional en el espesor de pared del intercambiador de calor. Sin embargo, esto resulta en incremento adicional de reguerimientos de resistencia para las aleaciones de aluminio de los intercambiadores de calor, especialmente después de la soldadura fuerte. Por otra parte, la soldadura fuerte a vacío sin flujo y soldadura fuerte de gas inerte usando flujos no corrosivos están disponibles para soldadura fuerte de intercambiadores de calor. Las aleaciones de aluminio endurecibles por envejecimiento frías usadas hasta ahora para la soldadura fuerte a vacío de intercambiadores de calor, por ejemplo, la aleación de aluminio AA6063 (AlMgO, 7Si) , AA6061 (AlMglSiCu) o AA6951 (AlMgO, 6SiCu) , tienen contenidos de magnesio relativamente altos para, por otra parte, prevenir cualguier oxidación de la soldadura de aluminio fundida en los componentes a ser soldados fuerte como un resultado de "adsorción de gases residuales" durante el proceso 'de soldadura fuerte en vacío y por esto asegurar una unión de soldadura fuerte perfecta sin flujo y por otra parte, para lograr altos valores de resistencia de los intercambiadores de calor soldados fuerte durante el envejecimiento natural después de la soldadura fuerte. Una desventaja con este método, sin embargo, es gue es costoso mantener la proyección de gas y el reguerimiento de pureza para los componentes a ser soldados. La soldadura fuerte por gas inerte alternativa (también llamada SFAC - soldadura fuerte de atmósfera controlada) ciertamente reguiere menos gasto bajo estos aspectos y adicionalmente lo hace posible para lograr ciclos de soldadura fuerte hasta 20% más cortos peso no es posible usar la aleación de aluminio gue tienen altos contenidos de magnesio conocidos desde la soldadura fuerte a vacío puesto gue el magnesio reacciona con los flujos no corrosivos durante la soldadura fuerte. Esto solamente se puede prevenir usando flujos gue contienen cesio más costosos. Además es posible usar aleaciones de aluminio de alto contenido de cobre (Cu contenido > 0.5%) las cuales sin embargo tienden a formar fisuras por calor durante la fundición y por consiguiente imponen reguerimientos incrementados sobre la fundición de las barras de laminado las cuales serán consideradas como críticas para los aspectos económicos. Además, a contenidos de Cu elevados, existe un riesgo de sensibilización para picadura o corrosión del plano de exfoliación si el cobre está presente en forma adecuadamente precipitada en la estructura. Finalmente, en la soldadura fuerte por gas inerte una aleación de aluminio con un chapado intermedio se puede usar como una capa de barrera de difusión de modo gue se utiliza una aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría con contenido de magnesio relativamente alto como una sustancia fusionable. Sin embargo, el chapado intermedio con una capa de barrera de difusión se asocia con costos adicionales de modo gue la producción económica de intercambiadores de calor de la misma manera no se puede lograr. La fabricación de intercambiadores de calor por soldadura fuerte de componentes gue consiste de aleaciones de aluminio mencionadas anteriormente es conocida, por ejemplo, de la Especificación de Patente Norteamericana US 4,214,925. Partiendo de la técnica previa indicada previamente, es por consiguiente el objeto de la presente' invención proporcionar una aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor, un método para producir una tira de aluminio para intercambiadores de calor y una hoja o tira de aluminio correspondiente gue tiene valores de resistencia altos después del envejecimiento natural seguido por soldadura fuerte . De acuerdo con una primera enseñanza de la presente invención, el objeto derivado e indicado anteriormente se soluciona por una aleación de aluminio por la aleación de aluminio gue tiene los siguientes componentes de aleación en % en peso: Si < 0.7% 0.1% < Mg < 1% Fe < 0.3% 0.08% < Cu < 0.2%. Ti- 0.2% Mn < 0.1% Cr < 0.1% . Zn < 0.1%, los elementos acompañantes inevitables individualmente a un máximo de 0.1% y en total a un máximo de 0.15% y aluminio como el remanente. Sorprendentemente se ha mostrado gue los intercambiadores de calor gue consisten de una aleación de aluminio gue contienen las fracciones de aleación especificadas anteriormente, después del envejecimiento natural a temperatura ambiente seguido de la soldadura fuerte, tienen la resistencia necesaria para su uso en automóviles, especialmente el punto de rendimiento RPo.2/ sin gue sean necesarios tratamientos térmicos adicionales. La razón para esto es la combinación de los contenidos de Si y Mg de acuerdo con la invención la cual forma precipitados finamente distribuidos del tipo Mg2Si en la aleación de aluminio de acuerdo con la invención y resulta en un incremento en resistencia como un resultado de envejecimiento natural a temperatura ambiente. -Este incremento en resistencia por envejecimiento natural se mejora además adicionando cobre en el intervalo reivindicado de 0.08% en peso a 0.2% en peso. Limitando el contenido de Fe a un máximo de 0.3% en peso asegura gue Si está presente en la aleación de aluminio en un estado disuelto. Además, los bajos contenidos de Cu de máximo 0.2% en peso por una parte asegura gue el incremento en resistencia durante el envejecimiento natural se puede incrementar y por otra parte, esta limitación del contenido de Cu reduce la sensibilidad de la resistencia de la aleación de aluminio a la velocidad de enfriamiento después de la soldadura fuerte. De la misma manera, el contenido de Mn se debe limitar a un máximo de 0.1% en peso para limitar la dependencia de la resistencia de la aleación de aluminio en la velocidad de enfriamiento después de la soldadura fuerte. En contraste, los contenidos de Cr de máximo 0.1% en peso incrementan la resistencia y la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención. Además, un contenido de Ti de máximo 0.2%. en peso tiene un efecto positivo en la resistencia a la corrosión de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención puesto gue el elemento de aleación Ti contribuye a la refinación del grano de la estructura de la aleación de aluminio y por consiguiente hace el atague corrosivo uniforme. Para evitar el efecto negativo del zinc en la corrosión de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención, el contenido de Zn se debe restringir a un máximo de 0.1% en peso. De acuerdo con una primera modalidad ventajosa, la resistencia de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención se puede incrementar además por envejecimiento natural después de la soldadura fuerte por la aleación de aluminio gue contiene Si, Mg y Cu como los elementos de aleación principales. Para evitar el ablandamiento de los componentes de un intercambiador de calor gue se sóida fuerte durante la soldadura fuerte, es ventajoso realizar un proceso de soldadura fuerte perfecto si la temperatura de solidus de la aleación de aluminio no va por abajo de 610°C puesto gue la soldadura fuerte se realiza usualmente a temperaturas de hasta 600°C. De acuerdo con la invención esto se logra por el total de las fracciones de aleación de Si, Mg y Cu no excediendo 1.2% en peso. En este caso, los elementos de aleación generalmente llevan a aproximadamente una reducción en la temperatura de solidus donde Si causa una reducción en la temperatura de solidus de la aleación de aluminio un factor de 1.2 mayor gue Mg y Mg a su vez causa una reducción en la temperatura de solidus un factor de 3.5 más efectivo gue Cu.

Esto no se aplica al elemento de aleación Ti de modo gue se puede lograr un incremento en la temperatura de solidus de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención, por la aleación de aluminio gue tiene Ti como un componente de aleación. Si el límite " superior de la aleación reivindicada se agota para magnesio, la soldadura fuerte de intercambiadores de calor fabricados a partir de esta aleación se efectúa preferiblemente por soldadura fuerte a vacío. También es posible aguí a una extensión limitada la soldadura fuerte por gas inerte usando flujos gue contienen cesio. La soldadura fuerte por gas inerte usando flujos gue contienen cesio se simplifica especialmente por la fracción de aleación de magnesio gue no excede 0.8% en peso. Además, con un bajo contenido de Mg hasta un máximo de 0.3% en peso, la aleación de aluminio de acuerdo con la invención es perfectamente adecuada para la soldadura fuerte por gas. inerte usando flujos no corrosivos puesto gue una reacción con los flujos solamente se realiza a una extensión limitada y se puede prescindir del uso de flujos gue contienen cesio más costosos. Una modalidad particularmente ventajosa de la aleación de aluminio de acuerdo con la invención se obtiene por lo tanto después del procesamiento y soldadura fuerte y después del envejecimiento natural por aproximadamente 30 días a temperatura ambiente la aleación de aluminio tiene valores de resistencia particularmente altos. Esta propiedad "del material asegura un proceso de fabricación particularmente económico puesto gue el envejecimiento natural como parte del proceso de transporte ya asegura una muy buena resistencia sin mediciones adicionales. De acuerdo con una segunda enseñanza de la presente invención, el objeto derivado e indicado anteriormente se soluciona de acuerdo al método por - una barra de laminado gue se funde a partir de una aleación de aluminio de acuerdo con la invención en un método de fundición de barra convencional , la barra de laminado gue se homogeniza a 500 hasta 600 °C por más de 6 h, especialmente por más de 12 h, y gue es laminada en caliente a por lo menos 400°C, preferiblemente 450°C, para formar una tira, en donde la temperatura final durante el laminado en caliente es al menos 300°C, - la tira laminada en caliente es laminada en frío hasta el espesor final y entonces se somete 'a recocido suave a por lo menos 300°C, preferiblemente 350°C. Como un resultado de la homogenización de -la barra de laminado fundida por el método de fundición de barra convencional a temperaturas de 500 hasta 600°C por más de 6 horas, especialmente por más de 12 horas, se logra gue aún los elementos de difusión con lentitud tales como manganeso y cromo se precipitan en un modo finamente disperso durante el enfriamiento de la fusión. Como un resultado del laminado en caliente a por lo menos 400°C se produce una estructura optimizada de la tira caliente con respecto a la deformabilidad y resistencia a la corrosión donde la temperatura de laminado final durante el laminado en caliente debe ser de al menos 300 °C para lograr la suficiente deformabilidad de la barra de laminado por una parte, y la formación de estructura optimizada durante el laminado en caliente por otra parte. En este caso, el espesor final de .la tira caliente, por ejemplo, puede ser menor gue 9 mm. Para facilitar la formación de la tira producida por el método de acuerdo con la invención en componentes prefabricados para los intercambiadores de calor, por ejemplo, aletas, tubos o distribuidores, la tira la cual se ha laminado en frío a un espesor final máximo de 2 mm por laminado en frío se somete al recocido suave subsiguiente a por lo menos 300°C, preferiblemente 350 °C. Como un resultado de la combinación de la composición de aleación de la aleación de aluminio en conjunción con las características del proceso descrito previamente, los intercambiadores de calor se pueden fabricar en la base de los elementos de aleación convencionales (Mg, Si, Cu) los cuales, después de la soldadura fuerte de gas inerte y envejecimiento natural por aproximadamente 30 días a temperatura ambiente, tienen puntos de rendimiento de RP0.2 _> 65 MPa y por consiguiente, son particularmente muy adecuados para las cargas enormes en automóviles. Además, la soldadura fuerte de gas inerte sin_ gue se puedan usar flujos gue contienen cesio para fabricar los intercambiadores de calor de modo gue es posible la fabricación económica. Si el laminado en caliente y/o laminado en frío se realiza en un modo invertido o unidireccional en laminadores de una sola caja o de cajas múltiples, el método de acuerdo con la invención se puede realizar usando medios y dispositivos convencionales con respecto al laminado de reducción. Una seguridad del proceso particularmente superior durante la soldadura fuerte del intercambiador de calor se puede lograr chapando la barra "de laminador con una soldadura de aluminio después de la homogenización. La tira de aluminio fabricada a partir de esta barra de laminado tuvo una capa uniforme de soldadura de aluminio la cual durante la soldadura fuerte, resulta en juntas soldadas fuerte particularmente homogéneas y uniformes, por ejemplo, entre las aletas, tubos y distribuidores del intercambiador de calor. Si solamente un lado de la tira de aluminio de acuerdo con la invención es chapada con un soldadura de aluminio, el otro lado se puede chapar o revestir con una aleación gue sirva como protección a la corrosión,, por ejemplo. Ventajosamente usada como soldadura de aluminio es una aleación de aluminio gue tiene un contenido de silicio de 6-13% en peso, especialmente una aleación de A1SÍ7 o AlSilO, la cual durante la soldadura fuerte de gas inerte tiene una capacidad de humectación particularmente buena con soldadura de aluminio con respecto a las capas de óxido gue permanecen en atmósferas no oxidadas en los componentes del intercambiador de calor a ser soldado fuerte. Finalmente, el objeto derivado e "indicado anteriormente se resuelve de acuerdo con una tercera enseñanza de la presente invención por una tira de aluminio u hoja para fabricar intercambiadores de calor los cuales se producen por el método de acuerdo con la invención. Como ya se ha establecido, una hoja o tira de aluminio producida por el método de acuerdo con la invención ha mejorado valores de resistencia, especialmente el punto de rendimiento, después del envejecimiento natural seguido por soldadura fuerte de modo gue el espesor de pared del intercambiador de calor se puede reducir adicionalmente. Además, se puede usar la soldadura fuerte de gas inerte usando flujos no corrosivos, para fabricar los intercambiadores de calor sin usar flujos gue contienen cesio.

La hoja o tira de aluminio ventajosamente tiene un espesor máximo de 2 mm, especialmente 1 mm. Como un resultado de la resistencia superior comparada con materiales convencionales, cuando se usa la tira de aluminio de acuerdo con la invención, el espesor de tira se puede reducir adicionalmente y por consiguiente el material se puede salvar durante la fabricación de intercambiadores de calor y se puede lograr una reducción adicional en el peso de los intercambiadores de calor. En este caso, no se afecta la seguridad de operación del intercambiador de calor, aún a presiones de operación superiores, debido a la resistencia superior de la aleación de aluminio. Existe ahora una pluralidad de posibilidades para configurar y además desarrollar la aleación de • aluminio endurecible por envejecimiento, fría, para intercambiadores de calor de acuerdo con la primera enseñanza de la invención, el método para producir una tira de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor de acuerdo con la segunda enseñanza de la invención y la tira u hoja de aluminio de acuerdo con la invención para la fabricación de intercambiadores de calor de acuerdo con la tercera enseñanza de la invención. Para este propósito, por ejemplo, se hace referencia en por una parte a las reivindicaciones subordinadas a las reivindicaciones 1, 5 y 9, por otra parte la descripción de una modalidad ejemplar de un método para la fabricación de una tira de aluminio endurecible por envejecimiento fría para íntercambiadores de calor de acuerdo con la segunda enseñanza de la invención en conjunción con el dibujo. La figura 1 es un diagrama esguemático gue muestra la trayectoria de producción para implementar una modalidad ejemplar de un método para fabricar una tira de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor de acuerdo con la segunda enseñanza de la invención. La trayectoria de producción mostrada en la figura única comprende el chapado de la barra 1 a partir de una aleación de aluminio en una primera etapa. En este caso, la aleación de aluminio de la modalidad ejemplar tiene los siguientes componentes de aleación en % en peso. 0.60% < Si < 0.70%, 0.12% < Fe < 0.30%, 0.08% < Cu < 0.20%, 0.04% < Mn < 0.08%, 0.12% < Mg < 0.30%, Cr < 0.05%, Zn < 0.05%, 0.08% < Ti < 0.20%, B < 50 ppm, los elementos acompañantes inevitables a un máximo de 0.03% y a un máximo de 0.1% en total y aluminio como el remanente.

El bajo contenido de boro de 50 ppm máximo mejora la capacidad de reciclaje de la aleación de aluminio. Las barras de laminado se funden usando el método DC de la aleación de aluminio recién descrito, se homogenizan entonces en una etapa de homogenización. 2. Los resultados particularmente buenos con respecto a la homogenización de la barra de laminado se lograron a una temperatura de 575°C para más de 6 h, especialmente 12 h. Seguido de la homogenización las barras de laminado después se laminaron en caliente en una caja en tándem 3a a un espesor de 7 mm, por ejemplo, en donde en particular la temperatura final durante el laminado en caliente debe ser superior a 300°C, preferiblemente 330°C, para asegurar la formación de estructura optimizada durante el laminado en caliente. Alternativamente, sin embargo, el laminado en caliente se puede realizar en una caja invertida 3 y se enrolla en un carrete el cual no se muestra y se puede prescindir del laminado en caliente en la caja en tándem 3a. El laminado en frío subsiguiente a un espesor final de aproximadamente 1 mm se realiza en laminadores de caja única o de cajas múltiples 4. Como el laminado en caliente, el laminado en frío también puede realizarse de manera alternativa de modo invertido en una caja reversible. Como un resultado del recocido suave final a aproximadamente 350°C en un horno de lotes 5, la tira de aluminio se convierte a un estado de resistencia los más bajo posible y alargamiento superior para facilitar el trabajo de formación subsiguiente durante la fabricación de los componentes de intercambiador de calor. Alternativamente a la modalidad ejemplar del método de acuerdo con la invención para producir una tira para intercambiadores de calor la cual recién se ha descrito, después de la homogenización en la etapa de homogenización 2 la barra de laminación se puede chapar con una soldadura de aluminio, por ejemplo de una aleación AlSi7 o AlSilO, para evitar la aplicación subsiguiente de una soldadura de aluminio antes de la soldadura fuerte de los intercambiadores de calor fabricados a partir de la tira de acuerdo con la invención. Para este propósito, la barra de laminado se debe calentar a una temperatura del laminado inicial de al menos 400°C, preferiblemente 450°C, antes del laminado en caliente. Cuando los intercambiadores de calor de soldadura fuerte fabricados a partir de la tira u hoja de aluminio de acuerdo con la invención, especialmente cuando se usan valores de resistencia particularmente altos de soldadura fuerte de gas inerte del intercambiador de calor, en particular valores para el punto de rendimiento de RP0.2 > 65 MPa se puede lograr sin usar flujos gue contienen cesio a temperaturas de hasta 600°C y relaciones de enfriamiento típicas de 30°C/min desde 600°C hasta 200°C como también el envejecimiento natural de aproximadamente 30 días a temperatura ambiente después de la soldadura fuerte. El enfriamiento de 200°C a temperatura ambiente no necesita realizarse en una manera exactamente definida. Se hace constar gue con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la cita invención, es el gue resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (13)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor, caracterizada porgue la aleación de aluminio comprende los siguientes componentes de aleación en % en peso: Si < 0.7% 0.1% < Mg < 1% Fe < 0.3% 0.08% < Cu < 0.2% Ti < 0.2% Mn < 0.1% Cr < 0.1% Zn < 0.1%, los elementos acompañantes inevitables individualmente a un máximo de 0.1% y en total a un máximo de 0.15% y aluminio como el remanente .

2. Aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porgue la aleación de aluminio contiene Si, Mg y Cu como elementos de aleación principales.

3. Aleación de aluminio endurecible por envejecimiento fría de conformidad con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizada porgue el total de las fracciones de aleación de Si, Mg y Cu no exceden 1.2% en peso.

4. Aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porgue la aleación de aluminio comprende Ti como un componente de aleación.

5. Aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porgue la fracción de aleación de Mg no excede 0.8% en peso.

6. Aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porgue la fracción de aleación de Mg no excede 0.3% en peso.

7. Aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porgue después del procesamiento y soldadura fuerte y después del envejecimiento natural aproximadamente 30 días a ' temperatura ambiente la aleación de aluminio tiene valores de resistencia particularmente altos.

8. Método para producir una tira de aluminio endurecible por envejecimiento fría para intercambiadores de calor a partir de una aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porgue : - una barra de laminación se funde por un método de fundición de barra convencional, - la barra de laminación se homogeniza a 500 hasta 600 °C por más de 6 h, especialmente por más de 12 h, - la barra de laminación es lamida en caliente a por lo menos 400°C, preferiblemente 450°C, para formar una tira, en donde la temperatura final durante el laminado en caliente es al menos de 300°C, - la tira laminada en caliente es laminada en frío para el espesor final y luego se somete a recocido suave a por lo menos 300°C, preferiblemente 350 °C.

9. Método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porgue el laminado en caliente y/o laminado en frío se realiza en un modo invertido o unidireccional en laminadores de caja única o cajas múltiples. •

10. Método de conformidad con la reivindicación 8 y la reivindicación 9, caracterizado porgue después de la homogenización la barra de laminado es chapada con una soldadura de aluminio.

11. Método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porgue una aleación de aluminio gue tiene un contenido de silicio de 6-13% en peso, especialmente una aleación de A1SÍ7 o AlSilO, se usa como soldadura de aluminio.

12. Tira u hoja de aluminio para fabricar intercambiadores de calor caracterizada porque consiste de una aleación de aluminio de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 1 a 7, especialmente fabricada usando un método de conformidad con cualguiera de las reivindicaciones 8 a 11.

13. Tira u hoja de aluminio de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porgue la tira u hoja de aluminio tiene un espesor máximo de 2 mm, preferiblemente 1 mm.